GBT 25122.2-2010 轨道交通 机车车辆用电力变流器 第2部分:补充技术资料.pdf
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1、I C S2 9 2 8 0 S3 5 雷亘 中华人民共和国国家标准 G B T2 5 t 2 2 2 2 0 1 0 I E C6 1 2 8 7 2 :2 0 0 1 轨道交通机车车辆用电力变流器 第2 部分:补充技术资料 R a i l w a ya p p l i c a t i o n s - - P o w e rc o n v e r t o r si n s t a l l e do nb o a r dr o l l i n gs t O c k P a r t2 :A d d i t i o n a lt e c h n i c a li n f o r m a t i o
2、 n 2 0 1 0 0 9 - 0 2 发布 ( I E C6 12 8 7 2 :2 0 0 l ,I D T ) 2 0 11 0 2 0 1 实施 宰瞀鹊紫瓣警襻瞥霎发布中国国家标准化管理委员会“”。 G B T2 5 1 2 2 2 2 0 1 0 I E C6 1 2 8 7 2 :2 0 0 1前言1 范围和概况1 1 范围1 2 变流器的种类- 1 3 技术资料-1 4 变流器参数2 规范性引用文件3 直接变流器3 1 外部换相整流器3 2 自换相整流器3 3 斩波器一3 4 逆变器4 间接变流器4 1 间接变流器的种类4 2 间接变流器的电路结构和基本性能4 ,3 间接变流器
3、的基本参数- 4 4 间接变流器的控制方式4 5 多级间接变流器4 6 间接变流器的分析5 多电源供电的机车车辆变流器5 1 变流器的种类5 2 变流器的电路结构和基本性能5 3 变流器的基本参数5 ,4 变流器的控制方式5 5 多级变流器5 6 变流器分析附录A ( 规范性附录)图形表示法目次,000MM “蛎 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 前言 G B T2 5 1 2 2 2 2 0 1 0 I E C6 1 2 8 7 - 2 :2 0 0 1 G B T2 5 1 2 2 ( ( 轨道交通机车车辆用电力变流器由以下两部分组成: 第1 部分:特性
4、和试验方法 第2 部分:补充技术资料。 本部分为G B T2 5 1 2 2 ( ( 轨道交通机车车辆用电力变流器的第2 部分。 本部分采用翻译法等同采用I E C6 1 2 8 7 2 :2 0 0 1 ( 轨道交通机车车辆用电力变流器第2 部分:补 充技术资料( 英文版) 。 为便于使用,本部分做了下列编辑性修改: “本国际标准”一词改为“本部分”; 用“”代替作为小数点的逗号“,”; 删除国际标准的前言。 本部分附录A 为规范性附录。 本部分由中华人民共和国铁道部提出。 本部分由全国牵引电气设备与系统标准化技术委员会( S A C T C2 7 8 ) 归口。 本部分负责起草单位:株洲南
5、车时代电气股份有限公司。 本部分参加起草单位:株洲变流技术国家工程研究中心有限公司、永济新时速电机电器有限责任公 司、南车青岛四方机车车辆股份有限公司、中国铁道科学研究院机车车辆研究所。 本部分主要起草人:冯江华。 本部分参加起草人:严树钢、刘贵、胡家喜、宋春龙、刘泰、仝力。 6 B T2 5 1 2 2 2 2 0 1 0 I E C6 1 2 8 7 2 :2 0 0 1轨道交通机车车辆用电力变流器第2 部分:补充技术资料1 范围和概况1 1 范围G B T2 5 1 2 2 的本部分说明了机车车辆电力电子变流器( 例如外部换相整流器、自换相整流器、斩波器和逆变器) 的基本电路结构、控制方
6、法、工作方式和性能。本部分列出了典型的图表和例子进行沦述,但并没有论述变流器的所有方面。本部分是G B T2 5 1 2 2 12 0 1 0 的补充技术资料。本部分的主要内容是计算电气参数,如输入输出电压、输入输出电流、电流和电压的频谱、纹波电流和电压以及谐波电流和电压。1 2 变流器的种类本条给出了下列几种变流器,其基本结构见1 4 。a ) 直接变流器:1 ) 外部换相整流器;2 ) 自换相整流器;3 ) 斩波器;4 ) 逆变器;b ) 间接变流器;c ) 机车车辆多电源供电变流器。1 3 技术资料1 2 中的变流器包含以下方面的内容:a ) 种类;b ) 电路结构和基本性能;c ) 基
7、本参数ld ) 控制方式;e )多相变流器和多级变流器;f )分析。1 4 变流器参数下述数据不仅给出了变流器的参数,而且还用图表解释怎样计算它们的值。多级外部换相变流器可以简化为与之等效的两级外部换相变流器,参数可以从等效的两级换相变流器中获得。本条介绍了简化变流器级数的方法。以下给出变流器的参数:a ) 变流器的输出参数1 ) 平均电压和或方均根值电压;2 )平均电流和或方均根值电流;3 ) 谐波电压谐波电流;4 ) 纹波电压纹波电流。1 ) G B T2 5 1 2 2 卜2 0 1 0 修改采用I E C6 1 2 8 7l :2 0 0 5 标准分享网 w w w .b z f x
8、w .c o m 免费下载 G B T2 5 1 2 2 2 2 0 1 0 I E C6 1 2 8 7 - 2 :2 0 0 1 b ) 变流器的输人参数 1 ) 平均电压和或方均根值电压; 2 )平均电流和或方均根值电流; 3 ) 谐波电压和谐波电流; 4 ) 纹波电压和纹波电流。 c ) 电源输入端的基本参数 1 ) 平均电压和或方均根值电压; 2 ) 谐波电流; 3 ) 纹波电流; 4 ) ( 交流电源的) 功率因数。 d ) 负载输入端的基本参数 1 ) 平均电压和或方均根值电压; 2 ) 平均电流和或方均根值电流; 3 ) 谐波电流; 4 ) 纹波电流; 5 ) ( 交流电源的)
9、 功率因数。 变流器及变流器系统的基本结构如表1 表4 所示。 表1机车车辆用直接变流器 l L 三三卜多 C o a v l 斩波器 2 L E 三三卜_ 弋少 C o n y :逆变器 3 飞岖鸷 C o n y :整流器 表2 机车车辆用间接变流器 1 鼍嚅H 碧恂 C o n y l :斩波器 C o n y 2 :斩波器 2 嚷H 碧恂 C o n v l l 逆变器 C o n y 2 :整流器 3 瑶莲蛳 C o n y l :整流器 C o n y 2 :斩波器 2 裹2 ( 续)G B T2 5 1 2 2 2 2 0 1 0 l E e6 1 2 8 7 - 2 :2 0
10、0 14鼍嚅mC o n v l :斩波器C o n y 2 :逆变器5飞州莹勘C o n v l :整流器C o n y 2 ;逆变器裹3 机车车辆用多电源电力电子变流器直流线路C o n y :斩波器1L j 、_ _ 笠H 卜七c 9交流线路C o n y :整流器或间接交流直流变流器直流线路C o n v :逆变器或问接直流交流变流器2A cL o 、Q ) 一卜_ 乇c 吵交流线路C o n y :间接直流交流变流器衰4 变流器系统C o n v l :斩波器C o n y 2 l 逆变器C o n y 3 :逆变器1C o n y 4 :斩波器T r :变压器L o a d :负载
11、C o n v lI 整流器C o n y 2 :逆变器C o n y 3 ;逆变器2C o n y 4 :斩波器U 参导T r l 变压器L o a d :负载2 规范性引用文件下列文件中的条款通过G B T2 5 1 2 2 的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单( 不包括勘误的内容) 或修订版均不适用于本部分,然而,鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本部分。G B T2 5 1 2 2 1 2 0 1 0 轨道交通机车车辆用电力变流器第1 部分:特性和试验方法( I E C6 1 2
12、8 7 1 :2 0 0 5 ,M O D )3 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 G B T2 5 1 2 2 2 2 0 1 0 I E C6 1 2 8 7 - 2 :2 0 0 1 3 直接变流器 3 1 外部换相整流器 3 1 1 基本定义 3 1 1 1 基本联接 单相桥式电路的变流器有两种连接方式:均一联接是全部由晶闸管或全部由二极管组成的桥式整 流电路,非均一联接是由晶闸管和二极管组成的桥式整流电路( 见图i ) 。 a ) 均一联接b ) 非均一联接 圈1 基本联接方式 3 1 1 2 级联联接 变流器由两个或两个以上的桥式电路串联而成的。
13、 当使用晶闸管时,可以有次序地逐级控制桥式电路( 见图2 ) 。 a ) 均一联接b ) 非均一联接 图2 级联联接方式 3 1 1 3 相控方式 均一联接相控方式可以分为对称控制和不对称控制,非均一联接可以看成一种特殊的不对称控制。 3 1 1 4 工作方式 整流电路的性能取决于电路联接方式、相位控制方式和工作方式。 单相晶闸管整流器电路有许多种工作方式,本部分只列出实际使用的工作方式。 工作方式主要取决于电路联接方式、电路常数和控制角,有些情况下,它还取决于控制脉宽和初始 电流。整流器电路的基本工作方式是由二极管组成的不可控桥式整流电路( 见图3 ) 。 、J,、J,J,J,)jtjj (
14、 ;e T2 5 1 2 2 2 2 0 1 0 I E C6 1 2 8 7 - 2 t 2 0 0 1电路图和电源:e p - -交流电源电压的瞬时值E 。交流电源的方均根( r m s ) 电压,粕二极管桥式电路直流侧的瞬时端电压;E a 直流电动势;“直流侧电流的瞬时值;X 。一一交流侧电抗( 换向电抗) I墨交流电源频率对应的直流倒电抗。豳3 整流嚣近似电路下面列出整流器的四种基本工作方式ta ) 方式I :该方式由整流期和关断期组成,例如t 直流侧电流不连续;b ) 方式,在该方式中,整流电流直接从一对桥臂转移到另一对桥臂,没有叠加期c ) 方式:该方式包括在半个周期内的叠加期、整
15、流期、断流期,且直流侧输出电流不连续;d ) 方式:该方式由叠加期、整流期组成,直流侧输出电流连续。上面的四种整流方式由直流侧电动势与交流源侧电压的比值和交流侧电抗与直流侧电抗的比值来决定。这四种方式的工作区域见图4 。方式I 菇戈砘5 覆E d - 079 qp-、夕,。、方式u 彘- o z 去一oe 。d d _ - J p一圈4 工作方式的范围 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 G B T2 5 1 2 2 2 2 0 1 0 I E C6 1 2 8 7 - 2 t 2 0 0 1 方式m 彘一os 去= o t K阿L , 八 。 、 。嶝 方式
16、若戋砘3 面E d _ 0 4 一, 扣V r j A 心 整流器的输出电压和电流波形 I 、 I1 、 ,- 。 、 、 、 I I 、 3 1 2 外部换相整流器的分类 外部换相整流器的分类见表5 。 赢 圈4 ( 续) 表5 外部换相整流器的分类 级数n”一1 ”= 2 n 3 二极管桥 二极管桥二极管桥 均一联接 晶闸管桥 晶闸管桥晶闸管桥 非均一联接非均一桥非均一桥非均一桥 3 1 3 单级标准桥式整流器对称控制参数 对电力机车来说,单相整流器电路中电阻的影响是可以忽略不计的。如果忽略电阻,基本的单级均 一变流器电路原理图如图5 所示。电路的基本参数见附录A 中图A 1 图A 6 所
17、示。 在这些参数图表中,电压和电流分别与交流侧电压E ,和交流侧短路电流E ,x 。有关( 忽略阀组的 6 w w w . b z f x w . c o m G B T2 5 1 2 2 2 2 0 1 0 i E c8 1 2 8 7 - 2 :2 0 0 1电压降) 。在附录A 中图A 1 图A 6 的实例中,以直流侧有关的I a x 。E 。或控制角a 为横坐标,控制角、电抗比X 。x 一和相关的直流侧电流作为参变量。电路图和电源:E 。一交流电源电压的方均根( r m s ) 值1日直流电动势I p - 一交流侧电流的方均根( r _ m s ) 值I a 直流侧电流的平均值f 。直
18、流侧电流的方均根( r i n s ) 值x 。一交流侧电抗( 换向电抗) ;X a 与交流电源相应的直流侧电抗。注:本电路不适用于端电压随电流脉动而变化的脉动电压电动机负载。圈5 基本的单级均一桥式整流电路符号如下所示电流纹波因数一I d 一I d 一“一I d m 。- - d m i nA 总功率因数( 负值表示逆变工况) ;c o s p 位移因数( 负值表示逆变工况) 。J 。一焦萼掣上1 0 0 AE式中:J 。”次谐波电流,单位安培s 。电波干扰系数。而且假设控制脉冲具有合适的长度。工作方式边界线如下所示:有效控制临界线一换相失败临界线一一一一持续工作制和断续工作制的临界线3 1
19、 4 单级非均一桥式整流器特性非均一桥式电路有许多种联接方式。在这些联接方式中,交流侧对称联接方式是最主要的( 见图1 ) 。但是,在这些图表中列出的所有参数普遍适用于其他联接方式。7 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m G B T2 5 1 2 2 2 2 0 1 0 I E C6 1 2 8 7 - 2 :2 0 0 1 图A 7 图A “列出了非均一桥式变流器电路的基本参数。在这些参数表中,忽略了电抗而且 假设控制脉冲有合适的长度。参数及其表示符号和均一联接变流器电路中的一样。 工作方式边界线如下所示:
20、 有效控制临界线 一一连续工作制和断续工作制的界线 3 1 5 两级整流器特性 3 1 5 1 电路结构 除了主变压器的两个次边绕组的变比不同外,两级桥式连接( 见图6 ) 的特性与普通的多级桥式联 接电路的特性相同。 特性参数的符号如下所示: E 。交流网侧电压的方均根( r m s ) 值; E 扪E 。一交流阀侧电压的方均根( r m s ) 值; E P l + E 口一E p 口1 一E m E ,4 2 一E p 2 E p ( 口1 + a 2 一1 ) E d 直流电动势; f 。交流网侧电流的方均根( r m s ) 值; j 。,J 。交流阀侧电流的方均根( r m s )
21、 值; f a 一直流侧电流的平均值; x 。,x 。:交流侧电抗( 换相电抗) ; x 。交流侧总绕组的电抗值 X p l + X 口一X P X p l 一口1 X P ,X p 2 一口z X p x 。交流侧电网频率相应的直流侧电抗值 n l “l 绕组侧口1 桥的控制角; a 。a :绕组侧a 。桥的控制角f K 交流侧电抗和直流侧电抗的比值( K = x ,x a ) 。 8 珥 a ) 电路结构 图6 普通多级级联联接电路的结构 w w w . b z f x w . c o m G B T2 5 1 2 2 2 2 0 1 0 I E C6 1 2 8 7 ,2 :2 0 0
22、1Xp l = x ;l + a l x 品x 口一x ;2 + 口2 x ;4 l + 4 2 葛lb ) 实际等效电路图6 ( 续)3 1 5 2 计算方法下面是计算桥式级联电路特性的近似方法:其中:( ) a 。单级变流电路中的特性控制角a 。和K ;( ) a 。单级变流电路中的特性控制角a z 和K ( ) a 。a :级联变流电路中的特性参数- n 1 桥对应的绕组控制角a ,。桥对应的绕组控制角a 。其中K 是等于级联电路的电抗比( K X 。X 一) 。3 1 5 2 1 直流电压调整( 耽。弘( 孰h ( 孰( 觏,( ( 与竽)圈7 直流电压调整( 见图A 7 ) 标准分享
23、网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m G B T2 5 1 2 2 2 2 0 1 0 m c6 1 2 8 7 - 2 :2 0 0 1 3 1 5 2 2 交流侧电流 ( 鲁) ,。一Jn - ( 鲁) 。c c 。s 一j s i n - o 。, ) + a 2 ( 鲁) 。c c 。s 一j s i n , 似。C O S 叫( c 0 3 妒) 1 ( 见图1 0 ) 一C O S 。1 ( c 0 8 P ) 。z ( 见图1 0 ) ( 执 ( 鲁) 啦 3 1 5 2 3 总功率因数 ) n A )
24、a 2 0 图8 交流侧电流( 见图A 1 1 ) ”2 书,吼m :) 赢 。一( A ) ,A 。:一( ) 。: 圈9 总功率因数( 见圈A 9 ) * 岛 w w w . b z f x w . c o m 3 1 5 2 4 位移因数( c o s ) ”2C O S p ) 8 1G O $ e ) a 2G B T2 5 1 2 2 2 2 0 1 0 I E C6 1 2 8 7 - 2 :2 0 0 1n t ( 执s ;n 鼽。h ( 札渤忱“。礓声i 习蕊C O Sfn - ( 鲁) 。c 。s 吼+ n z ( 皂) 。鼽:J0图1 0 位移因数( 见圈A 1 0 )3
25、 1 6 多级整流器特性单级和两级整流器特性参数直接用公式计算。本部分根据该公式绘出了特性曲线。但是,公式计算法不能适用于两级以上的整流器电路参数计算,下面给出了两种应用在两级以上整流器电路的计算方法。a ) 等效两级整流电路法通过电路结构转化的方法,把多级变流电路变成等效的两级整流电路,然后再计算它们的值。这种方法考虑了精确计算基波有效值的参数。但是,谐波参数的计算是不精确的,因为忽略了换相时变压器绕组的相互作用。b ) 模拟法原始电路可用仿真软件分析:分析软件是很重要的。可以用等效两级整流电路法来分析多级整流电路( 不少于两级整流) 。3 1 7多级整流电路到等效两级整流电路的转化多级整流
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